CN105921748B - 激光选区熔化单刀双向铺粉装置及激光选区熔化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光选区熔化单刀双向铺粉装置，刮刀架主体为一上下开口的中空结构；送粉单元和刮刀安装架均位于刮刀架主体的内部空腔中，送粉单元包括一可相对于刮刀架主体沿铺粉方向移动的中心开口的送粉板，送粉板、刮刀架主体、刮刀安装架之间构成储粉槽，刮刀架主体与刮刀安装架之间形成粉末下落通道。铺粉装置向一侧运动至送粉单元与刮刀架整体之间发生相对位移，使储粉舱打开，粉末沿粉末下落通道下落至刮刀的一侧；刮刀架整体反向运动至储粉舱关闭；最后刮刀架整体与送粉单元一同向另一侧运动，开始粉末铺设。本发明还公开了含有该铺粉装置的SLM设备。本发明通过一个刮刀实现双向铺粉的功能及自动落粉，降低成本，保证粉末无污染。

Description

激光选区熔化单刀双向铺粉装置及激光选区熔化设备
技术领域
本发明属于激光成形技术领域，具体涉及一种激光选区熔化单刀双向铺粉装置，还涉及具有该铺粉装置的激光选区熔化设备。
背景技术
激光选区熔化SLM是金属件直接成型的一种方法，是快速成型技术的最新发展。该技术基于快速成型的最基本思想，即逐层熔覆的“增量”制造方式，根据三维CAD模型直接成型具有特定几何形状的零件，成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合。采用传统的机加工手段无法制造出来的形状结构复杂的金属零件，是激光快速成型技术应用的主要方向之一。
现有激光选区熔化SLM设备按照铺粉的方式分为单向铺粉和双向铺粉两种。其中，单向铺粉设备采用的是双缸形式，铺粉刮刀需要横跨两个缸，且只是单行程工作。在每次铺粉之前，刮刀首先需要运动至初始位置，然后执行铺粉。这种铺粉机制效率低，耗费时间长且铺粉效果受单次供粉量限制。现如今，激光选区熔化SLM设备大多已经采用效率更高的双向铺粉装置，这一类设备只保留一个成形缸，铺粉装置进行双行程铺粉。
按照使用刮刀的数量，现有双向铺粉装置进一步又可以分为单刮刀模式装置和双刮刀模式装置两种类型。其中，双刮刀模式装置中间有一个储粉区，在铺粉过程中，左侧刮刀负责向右铺粉，而右刮刀负责向左铺粉。另外，在SLM设备成形室一侧布置一个供粉舱用于补充储粉区的粉末。不同于单向铺粉装置，这种供粉装置采取的是下落式供粉。另一种单刮刀模式装置在内部布置一个滚轮或棘轮，并通过控制滚轮或棘轮的旋转方向达到双向落粉的目的，或者在设备成形室两侧布置两个独立的供粉舱，在两侧单独落粉。
无论是单刀模式还是双刀模式，都需要较为复杂的结构才能实现双向铺粉。对于单刀模式，要么需要两个单独的落粉舱，要么需要单独的电机驱动其内部的滚轮或棘轮转动，这使得设备成形室内结构变得更为复杂，也为设备的气密性提出更高要求；同时，滚轮或棘轮的驱动又会引入更多的机械传动装置，造成设备制造成本进一步增加。对于双刀模式，存在两侧刮刀难以调至同一水平度的难题，这会造成连续两次铺粉的效果存在差异，对零件的成形也会存在影响；而且，双刮刀铺粉结构往往在铺粉执行多次后才会执行一次清粉，所以在工作平台大多数铺粉的粉末内都含有一定激光烧结过后的大颗粒粉末，故铺设的粉末为污染粉末，这不仅会影响零件的成形，而且会造成刮刀剐蹭。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种激光选区熔化铺粉装置，解决现有铺粉装置结构复杂、辅助设备较多及粉末被污染的问题。
本发明的另一个目的是提供含有上述铺粉装置的激光选区熔化设备。
本发明所采用的一个技术方案是，一种激光选区熔化单刀双向铺粉装置，包括刮刀、刮刀架及送粉单元，刮刀架包括固定连接的刮刀架主体和刮刀安装架；刮刀架主体为一上下开口的中空结构；送粉单元和刮刀安装架均位于刮刀架主体的内部空腔中，送粉单元包括一中心开口的送粉板，其中心开口上部与刮刀架主体的上部开口相对，下部与刮刀安装架的上表面紧密贴合，刮刀架主体的上部开口、送粉板的中心开口与刮刀安装架上表面构成储粉槽；送粉板沿铺粉方向的两侧分别设有送粉杆，刮刀架主体两侧对应送粉杆设有通孔，送粉杆穿过通孔伸出刮刀架主体外；送粉杆位于刮刀架主体内的部分上套设有弹性部件，弹性部件一端与送粉板相接触，另一端与位于通孔内侧的限位块相接触；刮刀架主体与刮刀安装架之间形成粉末下落通道，刮刀安装在刮刀安装架上。
本发明的特点还在于：
进一步地，弹性部件为弹簧。
进一步地，在铺粉方向上，送粉板中心开口两侧的宽度大于中心开口的宽度。
进一步地，刮刀架主体的上部开口为漏斗形。
进一步地，刮刀安装架底部设置有刮刀压板。
本发明还提供了一种激光选区熔化设备，包括上述激光选区熔化单刀双向铺粉装置。
进一步地，设备的成形室沿铺粉方向的两侧内壁上分别设置有与上述送粉单元送粉杆相配合的顶杆。
本发明的有益效果是，本发明的铺粉装置，通过一个刮刀即能实现双向铺粉的功能，降低了设备成本；其次，采用刮刀架与送粉单元的配合，实现自动落粉，节省了现有技术中辅助驱动设备的成本和加工成本；另外，通过在送粉杆位于刮刀架主体内的部分外套设弹性部件，保证储粉舱的打开和关闭；最后，本发明铺粉装置每次铺设的粉末均是无污染粉末，避免污染带来的一切弊端。
附图说明
图1为本发明铺粉装置的剖视图；
图2为本发明铺粉装置的左视图；
图3为本发明铺粉装置送粉单元示意图；
图4为本发明铺粉装置落粉状态示意图。
其中，1、刮刀，2、刮刀安装架，3、刮刀架主体，4、弹簧，5、送粉单元，6、刮刀压板，7、金属连接板，8、送粉板，9、送粉杆，10、通孔，11、顶杆，12、限位块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。
本发明的激光选区熔化单刀双向铺粉装置如图1所示，包括刮刀1、刮刀架及送粉单元5；刮刀架包括刮刀架主体3和刮刀安装架2。其中，刮刀架主体3为一上下开口的中空结构，其上部开口为漏斗形，方便粉末的顺利下落；刮刀架主体3沿铺粉方向的两侧分别各设有两个通孔10。
送粉单元5如图2所示，包括一中心开口的送粉板8，其沿铺粉方向的两侧分别各设置有两个与通孔10对应的送粉杆9，确保送粉过程的稳定，如图3所示。送粉单元5位于刮刀架主体3内，如图1所示，送粉板8位于刮刀架主体3的内部空腔中，其中心开口上部正对刮刀架主体3的上部开口；四个送粉杆9分别穿过刮刀架主体3两侧的四个通孔10，伸出刮刀架主体3外。送粉杆9位于刮刀架主体3内的部分上套设有弹簧4，弹簧4一端与送粉单元的送粉板8相接触，另一端与位于通孔10内侧的限位块12相接触。
刮刀安装架2位于刮刀架主体3的内部空腔中，其上表面与送粉板8的中心开口下部紧密贴合，刮刀架主体的上部开口、送粉板的中心开口与刮刀安装架上表面构成储粉槽。刮刀架主体3与刮刀安装架2之间形成粉末下落通道，刮刀安装架2通过金属连接板与刮刀架主体3连接，构成整个刮刀架结构，刮刀1装于刮刀安装架2底部。
使用本发明的铺粉装置可以实现单刀双向铺粉，以铺粉装置从成形室左侧向右侧运动铺粉为例，具体工作过程如下：
(1)铺粉装置向左运动至左侧送粉杆9与成形室侧壁接触后，送粉杆9受到成形室侧壁的阻碍，送粉单元5停止向左移动，而刮刀架整体继续向左运动，刮刀架整体与送粉单元5之间发生相对位移，即：刮刀架整体向左运动；在力的作用下，位于送粉单元右侧的弹簧4受到向左的压力而被压缩。
(2)当刮刀架整体向左运动，使得刮刀架主体3上部开口与送粉单元送粉板8错开，并且刮刀安装架2右侧边缘进入送粉板8的中心开口内时，储粉舱被打开，储存于储粉舱内的粉末开始沿粉末下落通道下落至刮刀的右侧。
(3)当落粉量达到要求后，刮刀架整体开始向右运动，此时，送粉单元右侧被压缩的弹簧4开始恢复平衡，当刮刀架整体向右运动至送粉单元右侧弹簧4完全恢复平衡状态时，储粉舱关闭，至此，落粉过程结束。
(4)刮刀架整体继续向右运动，在送粉单元左侧弹簧4的作用下，送粉杆9与成型室侧壁脱离，送粉单元5随刮刀架整体向右运动，铺粉装置开始从左向右完成一层粉末的铺设。
作为上述方案的改进，通过在具有上述铺粉装置的铺粉设备的成形室内，沿铺粉方向的两侧内壁上分别设置一个与送粉单元送粉杆9相配合的顶杆11，如图4所示，具体铺粉过程如下：
(1)铺粉装置向左运动至左侧送粉杆9与成形室侧壁的顶杆接触后，送粉杆9受到顶杆11的阻碍，送粉单元5停止向左移动，而刮刀架整体继续向左运动，刮刀架整体与送粉单元5之间发生相对位移，即：刮刀架整体向左运动；在力的作用下，位于送粉单元右侧的弹簧4受到向左的压力而被压缩。
(2)当刮刀架整体向左运动，使得刮刀架主体3上部开口与送粉单元送粉板8错开，并且刮刀安装架2右侧边缘进入送粉板8的中心开口内时，储粉舱被打开，储存于储粉舱内的粉末开始沿粉末下落通道下落至刮刀的右侧。
(3)当落粉量达到要求后，刮刀架整体开始向右运动，此时，送粉单元右侧被压缩的弹簧4开始恢复平衡，当刮刀架整体向右运动至送粉单元右侧弹簧4完全恢复平衡状态时，储粉舱关闭，至此，落粉过程结束。
(4)刮刀架整体继续向右运动，在送粉单元左侧弹簧4的作用下，送粉杆9与顶杆11脱离，送粉单元5随刮刀架整体向右运动，铺粉装置开始从左向右完成一层粉末的铺设。
铺粉装置从成形室右侧向左侧运动铺粉，与上述从左向右运动铺粉原理一致、方向相反。
在上述装置的基础上，为了保证刮刀在铺粉过程中的稳定性，在刮刀安装架2底部设置一刮刀压板6，用于压紧刮刀，刮刀压板6可通过螺钉固定在刮刀安装架2上。
进一步地，在铺粉方向上，送粉板中心开口两侧的宽度应大于中心开口的宽度，以保证储粉舱打开时，粉末只沿刮刀的一侧下落。
采用上述铺粉装置，通过一个刮刀即能实现双向铺粉的功能，降低了设备成本；其次，采用刮刀架与送粉单元的配合，实现自动落粉，节省了现有技术中辅助驱动设备的成本和加工成本；另外，通过在送粉杆位于刮刀架主体内的部分外套设弹簧，保证储粉舱的打开和关闭；最后，本发明铺粉装置每次铺设的粉末均是无污染粉末，避免污染带来的一切弊端。
本发明以上描述只是部分实施例，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本发明的装置，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体拓展均属本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光选区熔化单刀双向铺粉装置，其特征在于，包括刮刀、刮刀架及送粉单元，刮刀架包括固定连接的刮刀架主体和刮刀安装架；所述刮刀架主体为一上下开口的中空结构；所述送粉单元和刮刀安装架均位于刮刀架主体的内部空腔中，送粉单元包括一中心开口的送粉板，其中心开口上部与刮刀架主体的上部开口相对，下部与刮刀安装架的上表面紧密贴合，所述刮刀架主体的上部开口、送粉板的中心开口与刮刀安装架上表面构成储粉槽；送粉板沿铺粉方向的两侧分别设有送粉杆，刮刀架主体两侧对应送粉杆设有通孔，送粉杆穿过通孔伸出刮刀架主体外；送粉杆位于刮刀架主体内的部分上套设有弹性部件，弹性部件一端与送粉板相接触，另一端与位于通孔内侧的限位块相接触；刮刀架主体与刮刀安装架之间形成粉末下落通道，刮刀安装在刮刀安装架上。
2.根据权利要求1所述的激光选区熔化单刀双向铺粉装置，其特征在于，所述弹性部件为弹簧。
3.根据权利要求1所述的激光选区熔化单刀双向铺粉装置，其特征在于，在铺粉方向上，所述送粉板中心开口两侧的宽度大于中心开口的宽度。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光选区熔化单刀双向铺粉装置，其特征在于，所述刮刀架主体的上部开口为漏斗形。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的激光选区熔化单刀双向铺粉装置，其特征在于，所述刮刀安装架底部设置有刮刀压板。
6.一种激光选区熔化设备，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的激光选区熔化单刀双向铺粉装置。
7.根据权利要求6所述的激光选区熔化设备，其特征在于，所述设备的成形室沿铺粉方向的两侧内壁上分别设置有与所述送粉单元送粉杆相配合的顶杆。
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